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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur terrestrischen oder über
einen Kommunikationssatelliten verlaufenden Broadcasting-Übertragung
von in Datenpaketen angeordneten Informationen von einer Broadcasting-Sende-/Empfangsstation
zu einer Vielzahl von Nutzern zugeteilten Endgeräten, die
nach Empfangen fehlerhafter Datenpakete oder nach Erkennen fehlender
Datenpakete Wiederholungsanforderungen zum Wiederaussenden der fehlenden
bzw. fehlerhaften Datenpakete an die Broadcasting-Sende-/Empfangsstation
aussenden.
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Im
Zusammenhang mit digitalen Broadcasting-Systemen treten bei der Übertragung
von Informationen zu Nutzern Probleme auf. Broadcast-Datenübertragungen
von einer Quelle über z. B. einen als Relais arbeitenden
Kommunikationssatelliten oder in einem terrestrischen System zu
mehreren Nutzern, die alle den gleichen Inhalt empfangen, werden
in Datenpaketen, z. B. MPEG-TS-Paketen, organisiert. Infolge der Übertragungskanalbedingungen erfahren
die Nutzer an ihren Endgeräten verschiedene Bitfehlerraten
(BER; Bit Error Rates) und somit Paketfehlerraten (PER; Packet Error
Rates).
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Infolge
der auftretenden Paketfehlerraten ist für jeden Nutzer
ein Teil der empfangenen Datenpakete fehlerhaft oder fehlt ganz.
Die von den verschiedenen Nutzern garnicht oder fehlerhaft empfangenen Datenpakete
sind nicht unbedingt die gleichen. Gewöhnlich sind für
Nutzer, die unkorrelierte Übertragungskanalbedingungen
erfahren, auch die Datenpaketverluste unkorreliert. Ein Beispiel
dieses Broadcasting-Szenarios unter Beteiligung eines Kommunikationssatelliten
ist in 1 dargestellt.
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Aus
dem Beispiel von 1 ist ersichtlich, dass ein
Gateway G einer Broadcasting-Sende-/Empfangsstation sechs Datenpakete 1
bis 6 über ein Kommunikationssatellitensystem S mittels
Broadcasting zu vier Endgeräten A bis D sendet, die jeweils einem
Nutzer zugeteilt sind. Infolge der Paketfehler auf dem Kanal gehen
für jedes der Endgeräte A bis D einige Datenpakete
verloren, die in 1 dunkelgrau markiert sind.
Die Endgeräte A bis D müssen nun die Wiederübertragung
jedes dieser Datenpakete, die verloren gegangen sind, anfordern.
In diesem Beispiel bedeutet dies eine Wiederübertragung
von Datenpaket 1 (verloren für das Endgerät D),
Datenpaket 2 (für Endgerät C), Datenpaket 5 (für
Endgerät B) und Datenpaket 4 (für Endgerät
A).
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Da
dies ein Broadcasting-System ist, müssen alle verlorenen
Pakete, d. h. im dargestellten Beispiel die Datenpakete 1, 2, 4
und 5, zu allen mit dem System verbundenen Endgeräten A
bis D gesendet werden. Da z. B. das Datenpaket 1 von den Endgeräten
A bis C korrekt empfangen worden war, ist die erneute Broadcasting-Aussendung
dieses Pakets für sie eine unnötige Information
und reduziert somit die Systemeffizienz.
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Wie
bereits erwähnt wurde, besteht der Hauptnachteil der aktuellen
Systeme darin, dass viel Kapazität für eine Wiederübertragung
von Daten verschwendet wird, die nicht für alle Nutzer
im System nützlich sind. Diese Wiederübertragungen
kosten viel Kapazität und Zeit. Dies wird auch anhand von 2 für
ein Broadcasting-Beispiel unter Beteiligung eines Kommunikationssatellitensystems
S dargestellt.
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Wie
in 1 weist das Broadcasting-System ein Gateway G
einer Broadcasting-Sende-/Empfangsstation, das Kommunikationssatellitensystem
S und die mittels Broadcasting verbundenen vier Endgeräte
A bis D auf. Wie ersichtlich ist, werden alle entsprechend dem Beispiel
von 1 fehlerhaften oder fehlen den Datenpakete durch
das Gateway G wiederausgesendet, nämlich die Datenpakete
1, 2, 4 und 5.
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Wie
auch gezeigt ist, werden alle Datenpakete 1, 2, 4 und 5 von allen
Endgeräten A bis D empfangen, aber jeder Nutzer kann mit
seinem Endgerät A bis D nur von einem der Datenpakete Gebrauch
machen, nämlich von demjenigen, das ihm vorher gefehlt
hatte. Die anderen drei empfangenen Datenpakete können
nicht verwendet werden und sind somit für das Endgerät
unnötige Informationen. Dies bedeutet, dass, obwohl alle
vier Datenpakete 1, 2, 4 und 5 vom Gateway G ausgesendet werden
müssen und somit alle Endgeräte A bis D alle notwendigen
Daten erhalten, jedes Endgerät A bis D nur von einem der vier
Datenpakete 1, 2, 4 und 5 Gebrauch machen kann.
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Die
Wiederübertragung der anderen drei Pakete ist vom Standpunkt
jedes Endgerät-Nutzers verschwendete Kapazität,
die sich in höheren Anschlusskosten auswirkt, da Bandbreite
benötigt wird. Darüber hinaus verursacht diese
Art von Wiederübertragung für die Nutzer eine
größere Verzögerung und einen höheren
Verzögerungsjitter, da jedes Endgerät A bis D
warten muss, bis es an der Reihe ist, um das fehlende oder fehlerhafte
Datenpaket zu empfangen. Die größere Verzögerung
und der höhere Verzögerungsjitter führen
dann zu einer niedrigeren Anschlussqualität, insbesondere
für Echtzeitanwendungen wie Video- oder Audio-Streaming.
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Derartige
Broadcasting-Übertragungsverfahren sind beispielsweise
aus
WO 02/23791 A2 und
EP 1 352 492 B1 bekannt.
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In
WO 02/23791 A2 ist
ein Verfahren zur Übertragung von Broadcast-Informationen
von einer Broadcasting-Einheit zu einer Vielzahl von Empfangseinheiten
beschrieben, wobei ein Da tenpaket gleichzeitig an die Vielzahl der
Empfangseinheiten durch Broadcasting gesendet wird, in der Broadcasting-Einheit
zur Bestätigung Rückmeldungen von den Empfangseinheiten
empfangen werden und dort eine zusammengesetzte Bestätigung
aus den Rückmeldungen gebildet wird und zumindest ein Datenpaketteil,
der durch die zusammengesetzte Bestätigung nicht bestätigt
worden ist, gleichzeitig an alle Empfangseinheiten zurückgesendet
wird.
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In
EP 1 352 492 B1 ist
ein Verfahren zur parallelen Übertragung identischer Datenpakete
von einer Sende-/Empfangseinrichtung an mehrere Endgeräte
beschrieben, wobei die Übertragung zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung
und den Endgeräten zumindest teilweise über eine
Funkverbindung erfolgt. Von den Endgeräten werden nach
dem Empfang der parallel übertragenen, identischen Datenpakete
Qualitätsinformationen über die Übertragungsqualität
der Datenpakete an die Sende-/Empfangseinrichtung zurückgesandt,
wobei den Endgeräten im Rahmen der Funkverbindung gemeinsame Übertragungskapazitäten
für eine Übertragung der Qualitätsinformationen
mehrerer Endgeräte an die Sende-/Empfangseinrichtung bereitgestellt
werden.
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Dabei
werden Qualitätsinformationen an die Sende-/Empfangseinrichtung
zumindest dann zurückgesandt, wenn ein Teil der Datenpakete
fehlerhaft oder gar nicht übertragen wurde, wobei die zurückgesandten
Informationen die fehlerhaft oder gar nicht übertragenen
Datenpakete angeben. Die fehlerhaft oder gar nicht übertragenen
Datenpakete werden von der Sende-/Empfangseinrichtung dann in Rundstrahlung
(Broadcasting) oder in sehr aufwändiger Weise gezielt über
gerichtete Antennenkeulen an die Endgeräte erneut ausgesendet.
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Bei
den bekannten Broadcasting-Systemen werden somit alle wiederausgesendeten
Datenpakete von allen Endgeräten empfangen, obwohl jedes Nutzer-Endgerät
nur von denjenigen Datenpaketen Gebrauch machen kann, die ihm vorher
gefehlt hatten. Die anderen empfangenen Datenpakete können nicht
verwendet werden und sind somit für das jeweilige Endgerät
unnötige Informationen. Dies bedeutet, dass, obwohl alle
Datenpakete übertragen werden müssen und somit
alle Nutzerendgeräte alle notwendigen Datenpakete erhalten,
jedes Endgerät nur von den ihm jeweils fehlenden Datenpaketen
Gebrauch machen kann.
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Die
Wiederübertragung der anderen Pakete ist vom Standpunkt
jedes Nutzers verschwendete Kapazität, die sich in höheren
Anschlusskosten auswirkt, da Bandbreite benötigt wird.
Darüber hinaus verursacht diese Art von Wiederübertragung
für die Nutzer eine größere Verzögerung
und einen höheren Verzögerungsjitter, da jedes
Endgerät warten muss, bis es an der Reihe ist, um die jeweils
fehlenden oder fehlerhaften Datenpakete zu empfangen. Die größere
Verzögerung und der höhere Verzögerungsjitter bewirken
dann möglicherweise eine niedrigere Anschlussqualität,
insbesondere für Echtzeitanwendungen wie Video- oder Audio-Streaming.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei Broadcasting-Systemen
die Wiederübertragung von Datenpaketen für die
Nutzer effektiver zu machen, indem insbesondere keine zu höheren
Anschlusskosten führende Bandbreitenkapazität
verschwendet wird und keine größeren Verzögerungen und
kein höherer Verzögerungsjitter in Kauf genommen
werden müssen, die insbesondere bei Echtzeitanwendungen
zu einer schlechteren Anschlussqualität führen
würden.
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Gemäß der
Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur Broadcasting-Übertragung
der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass in der Broadcasting-Sende-/Empfangsstation von den als fehlerhaft
oder fehlend gemeldeten Datenpaketen die bitweise Moduln-2-Summe
berechnet wird, die dann ein neues, codiertes Datenpaket ("CODED")
bildet, welches dann von der Broadcasting-Sende-/Empfangsstation
an alle Endgeräte im Broadcasting-Verfahren mit Signalisierung
einer Information ausgesendet wird, die angibt, für welche Datenpakete
die Moduln-2-Summe berechnet worden ist, und dass die Endgeräte
dann die Moduln-2-Summe ihrer jeweils vorher korrekt empfangenen
Datenpakete zusammen mit dem empfangenen, in der Broadcasting-Sende-/Empfangsstation codierten
Datenpaket berechnen, wobei sich dann für jedes der jeweils
beteiligten Endgeräte aus der jeweiligen Moduln-2-Summe
das fehlende bzw. fehlerhafte Datenpaket ergibt.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung arbeitet mit intelligenten
Codiermechanismen, die Wiederübertragungskapazität
sparen, indem jede Wiederübertragung auch für
andere Nutzer im Broadcasting-System nützlich gemacht wird.
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In
vorteilhafter Weise wird die Information, die angibt, für
welche Datenpakete die Moduln-2-Summe in der Broadcasting-Sende-/Empfangsstation
berechnet worden ist, den Endgeräten in einem Header, einer
Präambel oder dergleichen signalisiert.
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Im
Falle, dass mehr als ein Datenpaket pro Endgerät verloren
gegangen oder fehlerhaft ist, wird von der Broadcasting-Sende-/Empfangsstation zweckmäßig
mehr als ein codiertes Datenpaket gesendet, wobei jedes codierte
Datenpaket auf der Grundlage eines verschiedenen Satzes von Datenpaketen
berechnet wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen, Ausgestaltungen und Verwendungsmöglichkeiten
der Erfindung sind in den sich auf den Patentanspruch 1 rückbeziehenden
Unteransprüchen angegeben.
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Das
hier vorgeschlagene Verfahren kann bei allen Arten von kommerziellen
drahtlosen Broadcasting-Übertragungssystemen angewandt
werden. Wie gezeigt wurde, reduziert das Verfahren den Wiederübertragungsaufwand,
was sich durch niedrigere Kosten auswirkt und den Anschluss durch
Verringern der Verzögerung und des Verzögerungsjitters
verbessert, was für kommerzielle Kunden, die Echtzeitanwendungen,
wie z. B. Video-Streaming oder Audio-Streaming, nutzen, besonders
interessant ist. Die Anwendungsgebiete umfassen sowohl terrestrische Broadcasting-Systeme,
z. B. zu Mobiltelefonen, PDAs und dergleichen, als auch alle Arten
von Kommunikationssatellitensystemen.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung und Beispiele davon werden
im Folgenden anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 in
einer schematischen Ansicht ein bereits mit der Beschreibung des
Standes der Technik erläutertes Beispiel eines typischen
Broadcasting-Szenarios unter Mitwirkung eines Kommunikationssatelliten,
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2 in
einer schematischen Ansicht die bereits erläuterte Darstellung
des Mechanismus zur Wiederholungsanforderung,
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3 in
einer schematischen Ansicht eine Darstellung, aus der die Reduzierung
des Wiederübertragungsaufwandes und die Abnahme der Verzögerung
und des Verzögerungsjitters durch die erfindungsgemäße Übertragung
eines codierten Datenpakets anstelle aller vier Pakete hervorgeht,
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4 ebenfalls
in einer schematischen Ansicht die Darstellung eines beispielhaften
Broadcasting-Szenarios unter Mitwirkung eines Satelliten zur Durchführung
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung,
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5 in
einer schematischen Ansicht die Darstellung eines Beispiels zur
Berechnung des codierten Datenpakets ("CODED"), das gemäß der
vorliegenden Erfindung von der Broadcasting-Sende-/Empfangsstation
anstelle aller fehlerhaften oder fehlenden Datenpakete an die Endgeräte
ausgesendet wird,
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6 in
einer schematischen Ansicht für ein Endgerät die
Darstellung der erfindungsgemäß ablaufenden Decodierprozedur
unter Auswertung des empfangenen codierten Datenpakets, und
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7 ebenfalls
in einer schematischen Ansicht für ein anderes Endgerät
die Darstellung der erfindungsgemäß ablaufenden
Decodierprozedur unter Auswertung des empfangenen codierten Datenpakets.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung sorgt für eine
Lösung für die vorher erwähnten Probleme,
indem intelligente Codiermechanismen verwendet werden. 3 stellt
dieses Broadcasting-Verfahren für ein Beispiel unter Beteiligung
ei nes Kommunikationssatelliten S, der als rundstrahlendes Relais
zwischen einem Gateway G und vier Endgeräten A bis D arbeitet,
in einer schematischen Ansicht dar.
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Das
Beispiel setzt voraus, dass alle Endgeräte A bis D die
Datenpakete 1 bis 6 empfangen, wie dies in 1 dargestellt
ist. Jedes Endgerät A bis D sendet dann an das Gateway
G eine Wiederholungsanforderung für die Datenpakete, die
ihm gefehlt haben oder fehlerhaft waren, wie vorher bereits beschrieben
wurde. Das Gateway G sendet nun nicht alle vier fehlerhaften bzw.
fehlenden Datenpakete 1, 2, 4 und 5, wie vorher in 2 gezeigt
wurde, sondern berechnet aus den vier Datenpaketen 1, 2, 4 und 5
die bitweise Moduln-2-Summe, die dann ein neues Datenpaket bildet,
das in 3 mit "CODED" bezeichnet ist.
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Dieses
berechnete, neue Datenpaket "CODED" wird vom Gateway G an alle Endgeräte
A bis D im Broadcast gesendet. Die Endgeräte A bis D berechnen
dann die Moduln-2-Summe ihrer vorher korrekt empfangenen Datenpakete
zusammen mit dem neu empfangenen "CODED"-Datenpaket, was das vorher
fehlende bzw. fehlerhafte Datenpaket ergibt. Dieser Codier-Decodier-Mechanismus
arbeitet für alle Endgeräte A bis D. Auf diese
Weise kann die Wiederübertragung von Datenpaketen in diesem
Beispiel von vier auf eins reduziert werden. Jedes Endgerät
A bis D empfängt die fehlenden Informationen zur gleichen
Zeit, ohne dass auf seinen Wiederübertragungsschlitz gewartet
werden muss.
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Zur
Anwendung dieses verallgemeinerten Prinzips nach der vorliegenden
Erfindung ist es für das Gateway G erforderlich, z. B.
im Paket-Header oder in einer Präambel zu signalisieren,
für welche Datenpakete die Moduln-2-Summe berechnet worden ist,
so dass die Endgeräte A bis D ihre Moduln-2-Summe mit den
korrekten Datenpaketen ausführen können.
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Im
Falle, dass mehr als ein Datenpaket pro Endgerät A bis
D verloren gegangen ist, bedeutet dies, dass mehr als ein codiertes
Datenpaket "CODED" vom Gateway G gesendet werden muss, wobei jedes
codierte Datenpaket "CODED" auf der Grundlage eines verschiedenen
Satzes von Datenpaketen berechnet werden muss.
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Das
dargestellte Broadcasting-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung
zeichnet sich also durch folgende Vorteile und besondere Merkmale aus:
- • Verfahren zur Reduzierung des Wiederübertragungsaufwands.
- • Verfahren zur Reduzierung der Wiederübertragungsverzögerung.
- • Verfahren zur Reduzierung des Wiederübertragungs-Verzögerungsjitters.
- • Berechnung eines codierten Datenpakets ("CODED")
und Wiederübertragung nur dieses codierten Datenpakets
("CODED").
- • Berechnung des codierten Datenpakets ("CODED") mittels
einer Moduln-2-Summe.
- • Signalisierung des Satzes von Datenpaketen, der für
die Berechnung der Moduln-2-Summe verwendet worden ist, in einem
Header, einer Präambel oder dergleichen.
- • Empfängerseitige Berechnung der Moduln-2-Summe
aller korrekt empfangenen Pakete und der empfangenen, codierten
Datenpakete ("CODED").
- • Der Rest der Moduln-2-Summe ist das fehlende bzw.
fehlerhafte Datenpaket.
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Zur
Erläuterung ist in 4 als Beispiel
ein vereinfachtes Szenario gezeigt.
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Es
wird hier vorausgesetzt, dass vier mit W, X, Y und Z bezeichnete
Datenpakete vom Gateway G über den Kommunikationssatelliten
als rundstrahlendes Relais zu den mit A, B, C und D bezeichneten Endgeräten
im Broadcasting-Verfahren gesendet werden. Wie in 4 angezeigt
ist, verliert das Endgerät D das Datenpaket W, das Endgerät
C das Datenpaket X, das Endgerät B das Datenpaket Y und das
Endgerät A das Datenpaket Z infolge auf dem Übertragungskanal
auftretender Paketfehler PER.
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Die
Endgeräte A bis D rücksignalisieren nun zum Gateway
G, welche Datenpakete sie nicht korrekt empfangen konnten. Das Gateway
G überträgt nun nicht jedes der nichtempfangenen
Datenpakete eins-zu-eins, sondern berechnet ein codiertes Paket "CODED"
entsprechend dem Beispiel in 5.
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In
diesem Beispiel von 5 ist der Inhalt der vier Datenpakete
W, X, Y und Z zufällig erzeugt worden, wobei jede binäre
1 und 0 ein Bit darstellt. Wie hier gezeigt ist, wird die codierte
Bitfolgennachricht "CODED" durch Anwendung einer Modulo-2-Summe über
alle Datenpakete W, X, Y und Z berechnet. Dieses codierte Datenpaket
"CODED" wird nun im Broadcast vom Gateway G ausgesendet, anstatt
dass alle vier Datenpakete W, X, Y und Z ausgesendet werden.
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Das
codierte Datenpaket "CODED" wird dann von allen vier Endgeräten
A bis D empfangen. Die Decodierprozedur ist in 6 und 7 beispielhaft
für die Endgeräte D bzw. B gezeigt.
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6 stellt
die Decodierprozedur für das Terminal D dar. Wie sich hieraus
ersehen lässt, wurde das Datenpaket W nicht empfangen.
Das Endgerät D berechnet nun die Moduln-2-Summe aller von ihm
vorher korrekt empfangenen Datenpakete, nämlich X bis Z,
und des zusätzlich empfangenen, codierten Datenpakets "CODED".
Das Ergebnis dieser Decodieroperation ist das fehlende Datenpaket
W.
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Das
Decodierungsbeispiel für das Endgerät B ist in 7 gezeigt.
Wie sich daraus ersehen lässt, kann auch hier das fehlende
Paket Y durch Anwendung der Moduln-2-Summe aus den empfangenen Paketen,
nämlich W, X und Z, plus dem zusätzlichen, codierten
Paket "CODED" reproduziert werden.
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Der
Wiederübertragungsaufwand kann in diesem Beispiel folglich
von vier Paketen auf ein Paket reduziert werden, wobei die Zeitdauer
für den korrekten Empfang des vollen Inhalts von vier Paketübertragungszeiten
(für das letzte Endgerät) auf eine Paketübertragungszeit
abgenommen hat.
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- 1
bis 6
- Datenpakete
- A,
B, C, D
- Endgeräte
- CODED
- Codiertes
Datenpaket
- G
- Gateway,
Broadcasting-Sende-/Empfangsstation
- S
- Kommunikationssatellit
- W,
X, Y, Z
- Datenpakete
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 02/23791
A2 [0010, 0011]
- - EP 1352492 B1 [0010, 0012]